油页岩生产优质高岭土研究.pdf

第5 2 卷第4 期 20 00 年1 1 月 有色金属 N N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N o ．4 N o v e m b e r2 00 0 油页岩生产优质高岭土研究 王福良 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要某煤矿主要为气化厂提供燃料煤，但该矿含有大量的油页岩。由于矿床赋存条件的原因露天开采时油页岩同时开 采出来，但油页岩的油气含量不高，因而不得不将大量的油页岩长期堆存，对环境造成不利的影响。经过初步研究。该油页岩的化 学组成为水分6 ％～7 ％、挥发分1 5 ％～1 8 ％、固定碳1 0 ％左右、灰分6 8 ％～7 0 ％、发热量7 1 1 7 - - 8 3 7 3 k J ／I 【g 。进一步低温干馏发 现油含量1 0 ％左右、煤气含量5 ％～6 ％、灰分6 8 ％。其灰分分析结果A 1 2 0 33 8 ％左右、s i 25 0 ％～6 0 ％，主要矿物成分为片状高 岭石。其次为碳等杂质。属煤系高岭岩系列。对于煤系高岭岩，经提纯、超细粉碎、煅烧等工艺深加工后，可生产出物理性能和化学 性能均好于普通高岭土的高岭石产品，作为高档填料和颜料，广泛应用于造纸、油漆、涂料、电缆、橡胶等工业领域。如果该油页岩 能够制备双9 0 的煅烧高岭土，那么将充分利用资源，而且经济效益和社会效益较好。但由于该油页岩尾渣中的F e 2 0 ”T i h 含量 较高，分别为2 ．4 8 ％、0 ．8 7 ％，直接煅烧对最终产品的白度影响极大，因此有效除去该油页岩的铁、钛等杂质，尤为重要。本文报道 该油页岩脱除显色物质、提高白度等研究的初步结果。 关键词油页岩；高岭土；选矿 中图分类号T D 9 8 5 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 1 2 0 0 0 0 4 0 1 4 9 0 2 1原矿性质 岩矿镜下观察结果如下主要矿物为高岭石，片 状结构，细度在一5 ／- m ；其次为非晶质矿物3 5 ％左 右，少量石英，粒度为1 5 ～2 5 ／z m ；铁、钛等矿物晶体 难以辨认。 油页岩干馏渣化学成分分析结果见表1 。 表1原矿化学成分分析结果 化学成分S i 0 2A 1 2 0 3F e 2 0 3T i 0 2C a OM g OK 2 0N a 2 0 I L 含量／％3 4 ．7 52 5 ．8 4 2 ．4 80 ．8 70 ．3 40 ．1 8 0 ．2 2 0 ．0 93 4 ．4 7 油页岩干馏渣经差热分析发现，在1 2 5 ℃有一 低温吸热谷，此为表面层间脱水所致。在9 8 0 ℃有 一高温放热峰，表明有相变发生。在高岭石常见的 5 5 0 ～5 9 0 ℃的脱羟阶段，曲线较平缓，未见吸热谷， 表明在5 9 0 ℃时已经历低温干馏油气的过程。 2试验研究 油页岩生产高岭土的研究包括三个方面一是 将煤矿采剥出的油页岩矸石进行粉碎，采用固体热 载体干馏炉对粉碎到一定粒度的矸石进行干馏，将 矸石所含的挥发分干馏出来；二是将煤气混合气进 行冷凝、冷却，分离出洁净的煤气和煤焦油，煤气经 作者简介王福良 1 9 6 2 一 ，男，教授级高工 过净化可用于城市燃气或合成气，煤焦油可通过加 氢精制获得柴油、石脑油及粗苯；三是干馏后的残渣 处理获得高岭土产品。该渣除含有一定量的固体碳 之外。大部分是灰分。初步分析认为干馏残渣可以 进行选矿处理，同时充分利用干馏过程产生的废煤 气 含有2 0 ％氢气 进行还原气氛下的煅烧。还原 煅烧后的残渣再经过除铁钛等显色杂质、超细粉磨、 分级等一系列工艺过程，获得双9 0 的优质高岭土产 品。 2 ．1 试验方案的确定 根据原矿鉴定的结果，该矿中的显色物质主要 为铁、钛等矿物。为实现双9 0 煅烧高岭土的目标， 技术关键在于除去铁、钛等显色矿物。初步确定主 要技术手段为磁选除铁钛、酸浸除铁钛、氯化焙烧 提高产品白度等。对于油页岩干馏渣的处理，基本 上可采用两种原则流程一是在不脱碳的前提下，先 细磨，然后利用强磁选脱除铁、钛等显色物质，最后 再煅烧脱碳提高产品白度；二是先脱碳焙烧，然后脱 除铁、钛等显色物质，再进一步提高产品白度。两种 方案的原则流程分别见图1 和图2 。 2 ．2 油页岩干馏试验 试验时，先将破碎至一3 m m 的油页岩称重后经 排气管加入罐内，然后将其置于坩埚电炉的炉膛内， 达到预定温度后自动恒温。恒温到预定时间后将罐 体取出，冷却后称重计算干馏产物产量及产率。 万方数据 有色金属第5 2 卷 匝[ 碉 匝尸卤 VL ‘r 2 _ J 吒卫击’L 兰 _ 匝芦匝刍 L - - - 二- - - - - 二二一 率卤 匦甲匦函 世 ≥ 品 图1 原则流程I 图2 原则流程Ⅱ 控制好干馏温度使得油页岩的油气基本挥发， 此时高岭石将大部分脱羟生成片状高岭石和水，反 应如下。 A 1 2 S i 2 0 5 O H 4 ，A 1 2S i 2 0 7 H 2 0 2 ．3 干馏产物焙烧脱碳试验 干馏产物中含有1 1 ％～1 2 ％的残碳，为了制取 优质高岭土产品，必须将其脱除。脱除方案有两种， 一是先脱铁钛等显色物质，再煅烧脱碳提高白度 图 1 ；另一种方案是先脱碳，再脱铁钛等显色物质，最 后煅烧提高白度 图2 。 脱碳焙烧3 ～4 h ，可以获得产率8 6 ％～8 7 ％、残 碳0 ．0 1 5 ％～0 ．0 4 0 ％的脱碳产物。碳的脱除率达 到9 9 ．7 0 ％～9 9 ．8 9 ％。经测试，焙烧脱碳产物的白 度只有5 6 ．5 ％～5 9 ．9 ％，白度很低。这也说明该物 料中的显色物质相当多 表2 ，因此脱除显色物质 是提高白度的关键。 表2 干馏脱碳物料多元素分析结果 化学成分F e 2 0 3 ～2 0 3S i 0 2T i 0 2 P C a OC u G eG aK M g O P bC rZ nVM o 含量／％ 2 ．8 64 0 ．1 05 3 ．5 51 ．0 50 ．0 6 60 ．2 7 0 ．0 1 0 ．0 1 0 ．0 10 ．2 50 ．2 7 0 ．0 1 0 ．0 1 0 ．0 1 0 ．0 1 0 0 ．0 1 由上表可以看出，该物料中影响产品白度的杂 质F e 2 0 3 、T i 0 2 含量高。根据镜下鉴定结果，这些有 害杂质粒度很细，分布均匀，脱除难度很大。可见该 油页岩干馏渣的白度达到9 0 ％有很大难度。 2 ．4 选矿脱铁试验 上述干馏脱碳物料有必要利用选矿技术除铁、 钛等显色物质。首先对一0 ．0 7 4 m m 占8 6 ．3 8 ％的物 料进行筛析 表3 。 表3 干馏脱碳物料筛析结果 干馏脱碳物料筛析结果表明，杂质元素铁和 s i Q 在各粒级中几乎呈均匀分配。这与镜下鉴定 结果一致，显然这些物质的分选难度不小。 2 ．4 ．1强磁选试验。初步试验表明磁选可以脱除 部分铁物料．但是仍然有相当多的铁残留于产品中。 为此，进行增大背景场强的试验 表4 。 磁选对该油页岩干馏渣的F e 2 0 3 、T i 0 2 去除率 分别为2 3 ．6 0 ％～2 9 ．9 5 ％、8 ．8 5 ％～9 ．0 3 ％。可使 F e 2 0 ，下降近0 ．5 ％，随磁场强度的增强，除铁率升 高，但达到1 ．6 T 后，增加的幅度不显著。磁选对脱 除T i O ，的效果不明显。 2 ．4 ．2 非磁性产物的还原焙烧、酸浸试验。还原焙 烧而后酸浸的效果较好，其产品的F e E 0 3 下降近 1 ．2 ％。初步试验表明，氯化焙烧的效果较好。为了 节省工序，有必要研究预还原焙烧对酸浸的影响。 表4 磁选试验结果 研究发现无预还原焙烧的直接酸浸，再氯化焙烧，高 岭土的白度达9 0 ％以上，F e 2 0 3 含量下降至0 ．8 6 ％。 其中酸浸使F e 2 0 3 含量下降1 ．2 ％ 焙烧后的数值 ， 氯化焙烧下降0 ．8 ％～1 ．0 ％ 焙烧后的数值 ，总体效 下转第1 6 8 页 万方数据 1 6 8有色’金属第5 2 卷 堆浸结果表明，矿石中的铜开始浸出较慢，经过 3 0 d 后，浸出加快，浸出1 2 0 d 后，铜浸出率达 1 4 ．2 ％。铜浸出率的变化规律见图2 。浸出溶液中 铜、铁离子浓度的变化规律见图3 。 ， j 晶 ≤ 赵 烂 搽 ， 最 图3 浸出溶液中铜、铁离子浓度 的变化规律 由图3 可知，溶液中铁浓度从第7 d 起开始急剧 升高，1 4 d 后已高于1 0 9 ／L ，但由于喷淋循环浸出一 萃取制度控制得较好，所用细菌已经对大红山矿的 特性完全适应，故在随后的浸出过程中铁离子浓度 基本在1 0 ～1 4 9 ／L 的范围内，浓度没有继续增加。 3结论 2 t 规模的堆浸试验结果表明，经过1 2 0 d 的堆 浸，铜的浸出率可达1 4 ．2 ％，细菌的活性及氧化性 能好，浸出喷淋参数及循环制度的选择、控制较合 理。由于采用自动控制系统对浸出喷淋系统的循环 溶液进行控制，使试验过程中的溶液、物料达到了较 好的平衡，溶液中的铁浓度得到较好的控制，工艺流 程畅通，堆浸过程各参数可作为1 5 0 0 t 矿井下堆浸 的设计基础。 上接第1 5 0 页 果较为理想。因此还原焙烧作业可以省去。 酸浸后经氯化焙烧其产品白度均可达9 0 ％以 上，煅烧产品的分析结果列于表5 。该煅烧高岭土 产品白度大于9 0 ％，经超细研磨制备成一2 肚m 含量 大于9 0 ％，从而达到高档高岭土产品的要求。 表5 煅烧产品分析结果 垡兰壁坌璺 Q 型 堕 望Q 垒Q 丛箜坠Q 型 Q 垡 兰 含量／％5 3 ．3 63 9 ．1 20 ．7 60 ．4 7 0 ．2 7 0 ．3 00 ．8 9 1 ．0 8 2 ．9 5 3结论 1 由于F e 2 0 3 、T i 0 2 含量较高，脱碳后F e 2 0 3 、 T i 0 2 可达3 ．8 2 ％和1 ．3 4 ％，为此除去F e z 0 3 、T i 0 2 等显色杂质非常重要。 2 采用磁选、酸浸、氯化焙烧联合工艺，可有效 除去F e z 0 3 、T i 0 2 ，使得产品中F e 2 0 3 、T i 0 2 分别降 至0 ．7 6 ％、1 ．0 8 ％。煅烧产物白度大于9 0 ％，可以 达到高档高岭土产品。 3 单纯采用酸浸、氯化焙烧，除铁率可达 6 8 ．0 ％以上，F e 2 0 ，净含量下降1 ．7 ％～1 ．9 ％。煅 烧产物白度也可达9 0 ％以上，但A 1 2 0 3 流失率较 大。 万方数据